功能性稻米研究与现代营养医学

　　

 　　功能性稻米是指具有调节人体生理功能、适宜普通人群食用，又不以治疗疾病为目的的稻米。其除了具有一般稻米皆具有的营养和感官功能外，还具有一般稻米所没有的或不强调的第三种功能，即调节人体生理活动的功能。由于功能性稻米具有天然、安全、有效的特性，已成为国内外研究开发的重点。随着改革开放和社会主义现代化建设的发展，人民生活水平日渐提高，人们的膳食结构发生明显变化。人们对稻米品种和质量的要求越来越高，除了要求品种的多样化、口感的香甜软滑，还要求食用安全，优质且具有保健营养、药膳等功能。现代营养医学是利用营养学研究的最新成果，合理利用各种食品中含有的营养成分，通过食疗和食补的方式来提高人体的各种生理机能，以达到祛病、增进人体健康的功效，二者可以有机地结合起来。　　

　　水稻是世界第二大作物。长期以来，稻米一直是南亚、东南亚和我国等国家和地区居民营养和能量的主要来源，随着这些消费国稻米消费量的不断增长，其营养问题也逐渐暴露出来。因食物中微量养分（Zn、Fe、VA、VC等）缺乏引起的营养不良，正威胁着世界1/3人口的健康和生命质量，致使这些国家或地区陷入“营养不良-劳动力丧失-生产率低下-经济发展滞后”的恶性循环之中。根据中国水稻所胡培松博士对我国以稻米为主食人群常见病的统计资料显示，我国48％哺乳妇女、42％孕妇、40％婴儿、36％未孕未哺乳妇女及26％学龄儿童患有缺铁性贫血，糖尿病症患者总人数超过6500万，高血压患者即将超过1亿，维生素A缺乏症患者人数超过4000万，肾病患者总人数也不断增多。

近年来，欧美、日本等非常重视稻米中必需成分和生理活性成分的研究。研究表明，稻米的胚和种皮富集64％以上营养元素和生理活性物质，稻米中也富集着各种有生理效应的功能性因子，如维生素、铁、锌等微营养元素以及γ-氨基丁酸、肌醇、谷维素、VE、谷胱甘肽、膳食纤维、N-去氢神经酰胺等多种功能性生理活性成分。因此，稻米中功能成分的发掘利用潜力巨大，不仅可望直接用于增强人体机能和代谢平衡上，促进现代营养医学的进一步发展，还可提高稻米的附加值，扩大稻米的利用范围，使稻米在作为粮食的同时也是新型功能保健品和食品工业的一种重要原材料，可以促使相关稻米加工产业更新，从而显著提高种稻的效益。

 

1 国外研究概况　　

　　日本自20世纪80年代开始重视功能食品的开发，特别是功能性稻米的研究与开发。在富铁、锌稻米育种研究方面，日本九州大学和农业生物资源研究所利用化学诱变的方法，先后从“越光”中选育出“富含铁”的突变体。该突变体含有可被人体吸收的水溶性有机铁比普通品种高出3～6倍，适合贫血病人食用。用此突变体杂交选育出的“富含铁”水稻新品种GCN4和系026已于2000年3月在日本通过审定，并进行大面积推广应用。1997～1999年由日本医学会组织的临床试验结果表明，贫血患者食用“富含铁”稻米，具有显著的补血效果。1994年，国际水稻研究所等开展了富铁、锌稻米遗传育种研究，并培育出铁含量比普通水稻高 60％以上的富铁高产水稻品种IRl64。在富铁水稻的基因工程研究方面，新近的研究表明，在植物和动物中的铁蛋白是铁的主要贮藏形式，并且表明铁蛋白可以成为治疗老鼠贫血的一个铁来源。这些发现说明通过基因工程增加谷物的铁蛋白有助于解决饮食中的铁缺乏问题。Lucca （2001）通过转基因等途径显著提高了水稻对铁的吸收，增加了含铁量。Goto等用水稻种子谷蛋白启动子（GluB-1）通过农杆菌介导的方式将大豆铁蛋白基因全序列导入水稻中，经反向PCR、Southern杂交、Western印迹及免疫分析证实大豆铁蛋白因在水稻种子胚乳中特异而稳定地表达，所获得转基因富铁水稻种子胚乳铁含量最高可以比未转基因对照高3倍。另外有研究表明，大豆中的植酸是铁吸收的一个潜在影响因素。而在食品加工或消化过程中加入植酸酶，可以大幅度提高铁的吸收。同时，通过增加含半胱氨酸的多肽也能提高谷物食品的铁吸收。为了同时提高稻米中铁的摄入量和吸收量，Paola等将豆科植物的铁蛋白基因、曲霉属的耐热植酸酶基因，以及过量表达的内源富含半胱氨酸的金属硫蛋白基因与谷蛋白启动子（GluB-1）一起导入水稻中，获得了3种基因均在胚乳中特异表达的后代种子材料，其中铁含量最高的为未转基因对照的3倍，但是，在稻米进行蒸煮后，耐热植酸酶表达不理想，有待于进一步研究。

　　另外，日本生物资源研究所放射育种场和农研中心水稻育种研究室合作，以日本的优质水稻品种“日本优”为材料，通过放射性诱变，得到了低谷蛋白的突变品系，并育成了低水溶性蛋白稻米品种“LGC-1”。该品种谷蛋白含量低，稻米中总的可吸收蛋白明显减少，可供肾病和糖尿病患者食用。日本九州大学和农业生物资源研究所还从“越光”中选育出“巨大胚”和低过敏反应的稻米突变体。“巨大胚”稻米浸水后，γ-氨基丁酸（GABA）会急剧增加并累积，而GABA具有显著降低血压的功效，食用GABA含量高的稻米对高血压患者具有较好的治疗作用。低过敏反应的稻米则可以专供对大米过敏的人群食用。近年来，国外还开始重视制造抗乙肝病毒球蛋白的稻米和保健专用稻米品质的研究。日本东京理科大学千叶丈教授成功地用转基因水稻生产出预防乙肝病毒的球蛋白。据估计，每0.1hm2的转基因水稻可制取10g球蛋白，足够数万名新生儿注射用。这可望为肝炎预防药物的廉价、安全生产提供新思路。东京大学荒井教授培育的高含量半胱氨酸大米可抑制病毒繁殖所需酶的活性。京都大学吉田等对功能肽大米进行了研究。日本北兴公司则培育出高色氨酸（比普通稻米含量高90倍）和高赖氨酸（比普通稻米含量高10倍）的水稻品种。此外，1992年，联合国粮农组织（FAO）和世界卫生组织（WHO）开始关注东南亚地区稻米主食人群的营养缺乏症状，并在亚洲发展银行（ADB）与联合国儿童基金会（UNICEF）资助下开展相关研究。1994年起，包括先正达、孟山都等在内的许多国际跨国公司开始关注功能性稻米，并投巨资开展相关研究。目前最负盛名的是转基因“金稻”，其β-胡萝卜素（维他命A前体）含量显著提高。由于功能性稻米研究已显示出其重要性与迫切性，2002年国际农业研究咨询磋商组织（CGIAR）发起的全球功能性稻米开发的大型国际合作项目得以实施，该项目于2003年8月获得盖茨基金资助。

 

2 国内研究概况　　

　　在国内功能性稻米研究方面，1996年起上海农学院选用日本生物技术研究所采用诱变技术育成的“探系2015”材料，通过系统选育和海南岛南繁加代育成适合当地的巨胚稻 6601新品系，该巨胚稻含有丰富的天然VE，含量是一般粳稻糙米的1.7倍。中国水稻研究所与南京农业大学也对功能性稻米进行了一些研究。2003年中国水稻研究所应用生物工程技术已培育出一种富含抑制性神经递质的水稻新品系，该品系有缓解和预防血压上升的功能，同时对防止贫血等有一定效果。目前，国内还开展了高γ-氨基丁酸水稻品种选育、低植酸水稻、特异淀粉稻米的初步探索。　　

　　其它相关的研究上，国内对黑米等特种稻的营养成分进行了较多研究。对不同类型稻米中铁、锌含量的研究国内已经有了一些报道。对于稻米中铁、锌元素含量的遗传分析，主要集中于黑米中铁、锌元素含量的遗传分析。对于籽粒富铁、富锌水稻品种的选育，已取得了一些成就，育成了几个黑米品种，取得一定的经济效益。但目前国内对稻米生理活性方面的研究较少，有必要将功能性稻米育种与现代营养医学紧密地结合起来，在育成品种的同时，加强其祛病健身功效的研究。

　　总体上而言，国内功能稻米的研究与开发比较落后，仍停留在稻米营养品质的分析上，对其含有的生理活性物质研究与开发没有引起足够重视，这正是大力发展功能性稻米的良机。可以通过利用丰富稻种资源筛选不同功能稻米品种，以满足不同人群的保健需要，同时又提高稻米的经济价值，促进功能性稻米研究与现代营养医学共同发展。